התקדמות המחקר של מודולטור אלקטרו-אופטי של ליתיום ניובט בשכבה דקה

התקדמות המחקר שלמודולטור אלקטרו-אופטי של ליתיום ניובט שכבה דקה

מודולטור אלקטרו-אופטי הוא המכשיר המרכזי של מערכת תקשורת אופטית ומערכות פוטוניות מיקרוגל. הוא מווסת את התפשטות האור במרחב הפנוי או מוליך גל אופטי על ידי שינוי מקדם השבירה של החומר הנגרם על ידי שדה חשמלי המופעל. ליתיום ניובט מסורתימודולטור אלקטרו-אופטימשתמש בחומר ליתיום ניובט בתפזורת כחומר אלקטרו-אופטי. חומר ליתיום ניובט גבישי יחיד מסומם מקומית ליצירת מוליך גלים באמצעות דיפוזיה של טיטניום או תהליך חילופי פרוטונים. הפרש מקדם השבירה בין שכבת הליבה לשכבת החיפוי קטן מאוד, ומוליך הגל בעל יכולת קשירה ירודה לשדה האור. האורך הכולל של המודולטור האלקטרו-אופטי הארוז הוא בדרך כלל 5~10 ס"מ.

טכנולוגיית ליתיום ניובט על מבודד (LNOI) מספקת דרך יעילה לפתור את בעיית הגודל הגדול של מודולטור אלקטרו-אופטי ליתיום ניובט. הפרש מקדם השבירה בין שכבת הליבה של מוליך הגל לשכבת החיפוי הוא עד 0.7, מה שמשפר מאוד את יכולת הקישור האופטי ואת אפקט הוויסות האלקטרו-אופטי של מוליך הגל, והפכה למוקד מחקר בתחום המודולטור האלקטרו-אופטי.

עקב התקדמות טכנולוגיית המיקרו-עיבוד שבבי, פיתוחם של מודולטורים אלקטרו-אופטיים המבוססים על פלטפורמת LNOI עשה התקדמות מהירה, ומראה מגמה של גודל קומפקטי יותר ושיפור מתמיד בביצועים. בהתאם למבנה מוליך הגל בו נעשה שימוש, מודולטורים אלקטרו-אופטיים טיפוסיים של ליתיום ניובט בשכבה דקה הם מודולטורים אלקטרו-אופטיים של מוליך גל חרוטים ישירות, היברידיים טעונים.מודולטורים של מוליכי גלומודולטורים אלקטרו-אופטיים משולבים מסיליקון היברידי.

כיום, שיפור תהליך האיכול היבש מפחית מאוד את אובדן מוליך הגל של ליתיום ניובט בשכבה דקה, שיטת טעינת הרכס פותרת את בעיית הקושי הגבוה בתהליך האיכול, והביאה לידי מימוש מודולטור אלקטרו-אופטי של ליתיום ניובט עם מתח של פחות מ-1 וולט בחצי גל, והשילוב עם טכנולוגיית SOI בוגרת תואם את המגמה של אינטגרציה היברידית של פוטונים ואלקטרונים. לטכנולוגיית ליתיום ניובט בשכבה דקה יש יתרונות במימוש מודולטור אלקטרו-אופטי משולב על שבב בעל הפסדים נמוכים, גודל קטן ורוחב פס גדול. תיאורטית, ניבוי כי שיטת דחיפה-משיכה של ליתיום ניובט בשכבה דקה בגודל 3 מ"מ...מודולטור M⁃Zרוחב פס אלקטרו-אופטי של 3dB יכול להגיע עד 400 גיגה-הרץ, ורוחב הפס של מודולטור ליתיום ניובט בשכבה דקה שהוכן בניסוי דווח כקצת יותר מ-100 גיגה-הרץ, נתון שעדיין רחוק מהגבול העליון התיאורטי. השיפור המובא על ידי אופטימיזציה של הפרמטרים המבניים הבסיסיים מוגבל. בעתיד, מנקודת מבט של חקר מנגנונים ומבנים חדשים, כגון תכנון אלקטרודת מוליך גל קופלנית סטנדרטית כאלקטרודת מיקרוגל מפולחת, ניתן לשפר עוד יותר את ביצועי המודולטור.

בנוסף, מימוש אריזת שבב מודולטור משולב ואינטגרציה הטרוגנית על-שבב עם לייזרים, גלאים והתקנים אחרים מהווה גם הזדמנות וגם אתגר לפיתוח עתידי של מודולטורים של ליתיום ניובט בשכבה דקה. מודולטור אלקטרו-אופטי של ליתיום ניובט בשכבה דקה ימלא תפקיד חשוב יותר בפוטוני מיקרוגל, תקשורת אופטית ותחומים אחרים.